(Тигровый питон)

 

Когда сердце по каким-то при­чинам перекачивает кровь при большем давлении или в боль­шем объеме, чем обычно, у человека развивается кардиальная гипертро­фия — утолщение сердечной мышцы (миокарда). Исследуя это состояние, физиологи запускают испытуемого на беговую дорожку или сажают на велотренажер и снимают нужные показания. И когда человек устает, исследователи мечтают о том, как было бы удобно не зависеть от его физических возмож­ностей. Их мечта, по-видимому, скоро осуществится, потому что ученые наш­ли лабораторное животное, не знающее усталости. Это питон.

 

Новый любимец физиологов

 

Начинается эта история не с человече­ского сердца и даже не с питона, а с пи­щеварительной системы американской змеи рогатого гремучника(Crotalus ce­rastes).Гремучник ест редко, иногда раз в несколько недель. Пищеварение этой змеи исследовали сотрудники лаборатории эволюционной и интегративной физиологии Алабамского университета под руководством Стивена Секора и обнаружили, что после трапезы у гре­мучника сильно увеличиваются размер кишечника и активность пищевари­тельных ферментов, а скорость обмена веществ возрастает в восемь раз. Когда добыча переварена, физиологические показатели змеи быстро возвращаются к исходному уровню. Этот феномен за­интересовал исследователей, но, увы, рогатого гремучника трудно содержать в неволе. К тому же эта змея агрессивна и ядовита. Ученые решили поискать среди редко питающихся змей более адекватный объект исследования и обнаружи­ли, что лучше всего на эту роль подходит тигровый питонPython molurus.

 

Тигровый, он же бирманский, питон — обитатель Юго-Восточной Азии. Это с него написан Каа из «Книги джунглей Редьярда Киплинга. P.molurus— одна из крупнейших змей планеты, его длина достигает семи метров (у гремучника – не более 60 см). Рассердившись, змея кусается, зубы у нее хоть и не ядовитые, но очень длинные и острые, громадная пасть распахивается на 180 градусов. И при всех этих достоинствах тигровый питон — рептилия, рекомендованная для домашнего содержания начинающим террариумистам. Нрава он спокойного, относительно неприхотлив, места требует немного, ест редко. Молодых питонов кормят раз в7—10 дней, взрослых раз в 10—20 дней подходящими по размеру животными: мышами, крысами, морскими свинками, кроликами, птицами. Так чтодержать питона гораздо проще и дешевле, чем млекопитающее сходных размеров. Именно с тигровыми питонами работают фотографы и «факиры» в цирке. И в домашний террариум их покупают охотно, маленькие питоны очаровательны. Однако за год милая крошка вырастает до  2—2,5 м, вместо мышки перекусывает кроликом, и мно­гие владельцы начинают понимать, что питон в доме вовсе не подарок. С об­ременительной змеей могут поступить так же, как нередко обходятся с другими надоевшими домашними питомцами, — выкинуть на улицу.

 

В южных штатах США вольные питоны стали настоящим бедствием. Какой-то умник додумался выпустить своих змей в окрестностях национального парка Эверглейд во Флориде. Тигро­вые питоны отлично там прижились, размножились и теперь уничтожают уникальную фауну парка. Едят всё, что в состоянии проглотить. Теоретически трехметровая змея может убить ребен­ка, но о таких случаях пока не сообщали. Несколько лет назад весь мир обошла фотография питона, который сожрал двухметрового аллигатора. Аллигатор погиб, змея тоже — ноги жертвы разо­рвали ей брюхо.

 

В 2000 году в Эверглейде поймали всего двух змей, но затем их стало столько, что в парке пришлось органи­зовать специальную службу, улов кото­рой в 2008—2010 годах составлял более 300 питонов ежегодно. Пойманных змей увозят в научный центр, усыпляют и используют для исследовательских целей, а некоторых снабжают радиопередатчиком и отпускают. Питоны ползут к своим, и охотники с их помощью обнаружили за месяц еще 12 рептилий.

 

Газеты обсуждают, как далеко на север могут продвинуться тигровые питоны. Общественные организации призывают людей беречь природу и усыплять змей, если их содержание больше не доставляет радости. Однако разводить питонов никто не запрещает, и американские зоомагазины по-прежнему ломятся от маленьких P. molurus по двадцать долларов за штуку. Между прочим, в США запрещено держать дома гигантских сухопутных улиток ахатин, которые, оказавшись на воле, лихо объедают палисадники и штукатурку на домах мирных граждан. Очевидно, улитки представляют для Соединенных Штатов большую опасность, чем питоны.

 

Его питание

 

(Питон затаскивает добычу в пещеру)

 

Питоны едят редко, но с исключительным аппетитом. За один присест они могут заглотить и переварить жертву, равную себе по массе, — например, взрослый питон толщиной с телефонный столб управится с небольшим оленем.

 

Доктор Секор с коллегами изучают физиологию P. molurus с 1993 года и за это время выяснили многие подробности его питательного процесса. Он экстремален. Когда питон постится, его пищеварительная система спит: желудок не вырабатывает кислоту, желчный пузырь и поджелудочная железа полностью прекратили секреторну активность, синтез пищеварительных ферментов подавлен, кишечный эпителий атрофирован, и длина его микроворсинок не превышает полумикрометра. Активность других органов тоже крайне низка. Но вот удача улыб­нулась, добыча зазевалась. Абсолют­но пассивный желудок за считанные часы переходит к интенсивной работе и начинает продуцировать соляную кислоту, рН в желудке падает с 7,5 до 2—1,5 единиц. И морфологически, и функционально изменяется тонкий кишечник. В течение 24 часов после трапезы его масса возрастает вдвое, длина микроворсинок — в 5 раз, объем клеток кишечного эпителия — на 50%. В результате способность кишечника всасывать питательные вещества уве­личивается в 10—20 раз, а скорость метаболизма — в 44 раза.

 

Столь бурное пищеварение невоз­можно без поддержки сердечно-сосудистой системы. Рост кишечных вор­синок, увеличение размеров кишечника и его интенсивная работа, повышенная активность пищеварительных желез и интенсивный метаболизм на протяже­нии нескольких дней, а не часов — всё это энергозатратные процессы, на них уходит 37% энергии, полученной с пищей. Энергию клетки получают из триглицеридов — эфиров глицерина и высших жирных кислот, которые присутствуют в жировых тканях и поступают в организм с едой. По данным группы Секора, концентрация триглицеридов в плазме крови поевшего питона может возрасти более чем в 150 раз и превы­шает 1500 мг/100 мл (если змея прогло­тит добычу, равную себе по весу). Эти соединения нужно разносить по орга­низму, также как и кислород, потребле­ние которого после еды увеличивается в 10—40 раз. Для удовлетворения не­померных метаболических нужд питона кровь приходится гонять с повышенной скоростью, и сердце змеи за сутки уве­личивается примерно на 40%.

 

Увеличение сердца и кишечника P.molurusвызвано гипертрофией — разрастанием клеток, а не их делением. И когда рассосутся в желудке питона последние косточки жертвы, все уве­личенные клетки и разросшиеся органы рептилии снова сжимаются, пищева­рительные функции угасают столь же быстро, сколь активизировались, и пи­тон может голодать несколько месяцев, даже год, не худея и не болея.

 

Почему происходят такие изме­нения — понятно. Во время долгих перерывов между трапезами P.mol­urusэкономит энергию. Стандартная скорость метаболизма у тигрового питона, так же как и у других видов змей, которые редко едят, ниже, чем у регулярно питающихся рептилий. Зато поев, питоны вынуждены переводить организм в рабочий режим. Но ученых поражают не сами изменения, а их беспрецедентные размах и темпы. Ис­следователи ищут факторы, влияющие на скорость метаболизма и размер органов, в надежде использовать их на благо человека. Неудивительно, что ин­терес к питону как модельному объекту в последнее десятилетие сильно вырос и распространился на лаборатории Ка­лифорнии, Колорадо, Канады, Франции и Германии. Одно из исследований в этой области провели специалисты На­ционального института питания Дании. Больше всего физиологов занимает быстрое увеличение питоньего сердца в связи с кардиальной гипертрофией человека. Никакое традиционное ла­бораторное млекопитающее — мышь, крыса или кролик — не может помочь в этих изысканиях.

 

Проблемы кардиальной гипертрофии

 

(Рентгеновский снимок питона, проглотившего кошку) 

 

У людей кардиальная гипертрофия встречается в двух принципиально разных случаях. У спортсменов сердце увеличено в результате регулярных тренировок, это физиологическая ги­пертрофия. Она также имеет место при беременности и в растущем организме ребенка. А в ответ на инфаркт миокарда или хроническую гипертензию разви­вается патологическая гипертрофия, которая сопровождается гибелью кардиомиоцитов и фиброзом, то есть заменой мышечной ткани на соедини­тельную. В этом случае сердце рабо­тает с повышенной нагрузкой, чтобы компенсировать потерю части мышеч­ных клеток или справиться с высоким давлением крови. Патологическая и физиологическая гипертрофии возни­кают под действием разных факторов, стимулирующих работу разных генов.

 

Есть еще генетически обусловлен­ная гипертрофическая кардиомиопатия — разрастание миокарда стенок левого (реже — правого) желудочка при нормальном или уменьшенном его объеме. Около половины всех больных гипертрофической кардиомиопатией умирают внезапно; смерть наступает из-за того, что при усиленном сокраще­нии толстостенного левого желудочка его просвет просто исчезает и пере­крывает кровоток. Пациентам с такими нарушениями можно было бы помочь, увеличив размеры их сердца. Один из путей — тренировка, вызывающая физиологическую гипертрофию, но не все пациенты в состоянии занимать­ся физкультурой из-за проблем со здоровьем. Им бы очень пригодились лекарства, которые стимулируют рост кардиомиоцитов. Дело за немногим — найти такие лекарства.

 

И тут питон как модель для изучения кардиальной гипертрофии просто не­заменим. Клетки его сердечной мыш­цы вырастают всего за сутки, и массасердца увеличивается на 40%, причем змея при этом не устает. Если нагру­жать сердце подопытного животного физическими упражнениями, иссле­дователей ограничивает усталость его скелетных мышц, которые утомляются быстрее, чем миокард. Питона же, что­бы вызвать нужную экспериментатору физиологическую реакцию, достаточ­но хорошо     покормить, и он будет без устали поддерживать высокий уровень нагрузки на сердце в течение несколь­ких дней, что существенно превышает срок обычной тренировки. При этом пищевую нагрузку, как и физическую, можно дозировать. Исследователи на­копили достаточно данных о том, как меняются различные физиологические и метаболические показатели питона в зависимости от относительной массы проглоченного куска. Что касается сердечно-сосудистой системы, то ее мощность возрастает, пока вес добычи не достигает 35% от массы тела питона, после чего выходит на плато. Метабо­лизм сердца при этом ускоряется, а приток крови к кишечнику и печени уве­личивается в 11 и 16 раз, что довольно много даже с учетом роста кишечника.

 

 

Кстати, переваривать, оказывается, тяжелее, чем интенсивно двигаться. По данным алабамских исследователей, после плотной еды мощность сердца питона возрастает в четыре-пять раз, а во время физических нагрузок — мак­симум в три-четыре раза.

 

Кровь питона расширяет сердца

 

(Глаз Тигрового питона Альбиноса)

 

Для дальнейших исследований Сти­вен Секор объединил усилия с Лес­ли Лейнванд, профессором Колорадского университета, котораяспециализируется на развитии и функционировании клеток скелетной мускулатуры и кардиомиоцитов. Результатом их работы стала статья в журнале«Science» (2011г.), в которой ученые впервые описали некоторыемолекулярные и клеточные механизмы кардиальной гипертрофии питона. 

 

Нет необходимости выращивать лабораторных змей до трехметровой длины. Экспериментаторы работали с молодыми рептилиями весом всего 400—1000 г и кормили их крысами, мас­са которых составляла 20-25% от массы тела змеи. После еды сердце питончика увеличивалось, достигая максимальных размеров на третий день. Прежде всего исследователи убедились, что кардиомиоциты при этом не делятся, а растут: при изучении препаратов сердца спустя три дня после еды они наблюдали со­кращение количества клеточных ядер в поле зрения микроскопа по сравнению с исходной картиной – косвенное до­казательство клеточной гипертрофии в отсутствие деления клеток.

 

Кардиомиоциты усиленно синтезиру­ют белки, причем набор их необычен: некоторые из них характерны для пато­логической гипертрофии млекопитаю­щих (скелетный альфа-актин, тяжелая цепь бета-миозина), другие же нет. Сам питон на сердце явно не жалуется.

 

В первый же день после заглатывания добычи содержание триглицеридов в плазме питона подскочило в 52 раза, а свободных жирных кислот – втрое. Случись такое с млекопитающим, жир стал бы откладываться у него в тканях, для этого не предназначенных, в том числе в сердце, но с питоном ничего подобного не происходит. Триглицериды, поступающие в кардиомиоциты, усиленно окисляются в митохондриях, а клетки от окислительного стресса защищает кардиопротекторный фер­мент супероксиддисмутаза, активность которого в пищеварительный период возрастает.

 

Ученые предположили, что на раз­мер миоцитов влияют некие факторы, циркулирующие в крови поевшего питона. Чтобы проверить эту гипотезу, они добавляли плазму, взятую в раз­ные сроки после кормления, к культуре миоцитов желудочка новорожденных крыс. Оказалось, что в присутствии плазмы размеры клеток увеличиваются. Наибольшего эффекта исследователи добились, добавляя к клеткам «трех­дневную» плазму. Но именно на третий день переваривания максимального размера достигает и сердце питона.

 

Следовательно, концентрация гипер­трофирующих факторов в плазме из­меняется в процессе переваривания. В растущих клетках крысиного желудочка не обнаружили белков, характерных для патологической гипертрофии, более того, плазма питона существенно подавляет в крысиных клетках активность транскрипционного фактора NFAT, кото­рый служит классическим индикатором патологической гипертрофии.

 

На следующем этапе исследователи установили природу гипертрофирую­щих факторов. Прогревание плазмы разрушает присутствующие в ней нуклеиновые кислоты, а обработка ферментом протеиназой расщепляет белки. Но после прогревания и фер­ментативной обработки плазма питона по-прежнему вызывала гипертрофию крысиных клеток, и ученые заключили, что за это свойство отвечают липидные компоненты.

 

Плазму сытой змеи проанализиро­вали методом газовой хроматографии, которая позволяет идентифицировать сложные композиции циркулирующих жирных кислот. Исследователи пришли к выводу, что за увеличение размеров сердца отвечает смесь трех жирных кислот: миристиновой, пальмитиновой и пальмитолеиновой. Эта смесь вызы­вала и гипертрофию крысиных клеток в культуре.

 

Принято считать, что пальмитиновая кислота в кардиомиоцитах стимулиру­ет апоптоз — организованную гибель клеток, но исследователи не заметили в культуре крысиных клеток, в кото­рую добавляли питонью плазму или комплекс жирных кислот, никаких при­знаков апоптоза. Они предположили, что клетки защищает от гибели пальмитолеиновая кислота, хотя механизм ее антиапоптического действия пока неизвестен. Но пожалуй, самая стран­ная в этом комплексе — миристиновая кислота, которую получают из расти­тельных жиров. Основной ее источник — мускатный орехMyristica moschata,в небольших количествах миристиновую кислоту выделяют из масла кокоса и яванского миндаляCanarium commune.

 

Если смесь этих жирных кислот ввести голодному питону, его сердце увеличится примерно в 1,4 раза, как у сытого. Эту же смесь в течение семи дней вводили мышам, и у них при­мерно на 20% выросла масса левого желудочка благодаря увеличению по­перечной площади кардиомиоцитов в 1,4 раза. Изменения хоть и небольшие, но достоверные. При этом в сердце не наблюдали никаких патологических изменений: ни фиброза, ни отложения жиров. Скелетная мускулатура и печень животных также не изменились.

 

В качестве контроля и змеям, и мышам вводили смесь олеиновой, линолеиновой и арахидоновой кислот в молярных соотношениях, соответству­ющих первому дню кормежки питона, но признаков гипертрофии не обнаружили. Следовательно, за нее отвечают именно три определенные жирные кислоты, и никакие другие.

 

Итак, комбинация трех жирных кис­лот, вызывающая беспрецедентную гипертрофию сердца питона, вызывает и физиологическую гипертрофию кар­диомиоцитов млекопитающих. Никаких вредных побочных действий ученые пока не обнаружили, но работы еще в самом начале. Специалисты надеются, что если эти кислоты изменяют экс­прессию сердечных генов у млекопи­тающих, то они, возможно, смогут улучшить работу сердца больного человека. Этими работами уже заинтересовалась колорадская компания «HibernaCorp.», с которой сотрудничает Лесли Лейнванд. Компания производит лекарства, влияющие на естественные пути регу­ляции метаболизма, и ее специалисты надеются, что три жирные кислоты пи­тона для чего-нибудь пригодятся.

 

А еще ученые мечтают исследовать геном питона, о котором очень мало известно, в отличие от геномов других лабораторных животных, таких, как дрозофила, черви и мыши.

 

 

 

 

 

 

Источник: Научно-популярный журнал «Химия и жизнь - XXI век»